汽车电工电子技术第一章

电工电子技术吴渝平绪论一、课程的地位和主要内容电工电子技术——研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工技术（上册）（电工学）电工电子技术电子技术（下册）电路分析基础磁路与电机模拟电子技术数字电子技术电路分析基础——直流电路（1、2）；暂态分析（3）；交流电路（4、5）。磁路与电机——磁路和变压器（6）；电动机（7、8、9）；继电接触器控制（10）可编程控制器（11）、供电与安全用电（12）、电工测量（13）上册模拟电子技术——半导体器件（14）；放大器（15、16）；反馈（17）；直流电源（18）；电力电子技术（19）数字电子技术——组合电路（20）；时序电路（21）存储器和可编程器件（22）、模数转换（23）、现代通信技术（24）下册二、电工电子技术的发展与应用现状容量大型化器件小型化功率电子技术微电子技术设计自动化EDA技术1785年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出“欧姆定律”；1831年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论；1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；1946年，诞生第一台电子计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。：发展快速发展原因电能易转换易传输易控制计算机检测控制系统原理框图微机传感器伺服机构模拟信号处理功率放大模数转换数模转换数字接口数字接口被测控对象干扰、噪声、漂移、非线性电工电子技术的典型应用模拟电子技术数字电子技术电机三、如何学好电工电子技术课程特点：内容多且广、学时相对少1、注意掌握“三基”：2、注重综合分析与设计注重工程化素质培养基本原理、基本分析方法、基本应用3、提高学习效率、培养自学能力课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验第1章电路的基本概念与基本定律1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4欧姆定律1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算本章要求:1.了解电路模型及理想电路元件的意义；2.理解电压与电流参考方向的意义；3.理解电路的基本定律并能正确应用；4.了解电源的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；5.掌握分析与计算电路中各点电位的方法。1.1电路的作用与组成部分(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线t1：热端t2：冷端mVt1t2热电偶)()(21tftfEt2.电路的组成部分电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应:由激励所产生的电压和电流;电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。1.2电路模型为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。实际电路实际器件（电阻器、电容器、电感线圈、晶体管、集成电路等）电路模型抽象近似理想电路元件（电阻元件、电容元件、电感元件、电源、理想运放等）器件建模：1.保留主要电磁特性2.一个器件可由多个元件模型表示电路的建模过程电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。S灯管镇流器220V日光灯的点燃过程⑴闭合开关，电压加在启动器两极间，氖气放电发出辉光，产生的热量使U型动触片膨胀伸长，跟静触片接触使电路接通。灯丝和镇流器中有电流通过。⑵电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U型片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。⑶在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小，会产生很高高的自感电动势，方向与电源电动势方向相同，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管中的气体开始放电，于是日光灯成为电流的通路开始发光。2．日光灯正常发光日光灯开始发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是障碍电流变化的，这时和镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常发光。1.3电压和电流的参考方向物理中对基本物理量规定的方向1.电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μA低电位高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV注意：它们是标量，规定方向是为了便于电路的计算。(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种分析方法。Iab双下标2.电路基本物理量的参考方向aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_关联参考方向负载—U、I参考方向相同；电源—I参考方向与E方向相同。实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3)实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。1.4欧姆定律U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RU+–IRU+–I表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I参考方向相同，即关联参考方向。U=RIU=–RI解：对图(a)有,U=RI例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–RIΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：常数即：IUR线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。1.5电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载RREI0负载端电压U=IR（1）特征:1.5.1电源有载工作IR0REUI①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IR0电源的外特性EUI0当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。开关闭合,接通电源与负载。RREI0负载端电压U=RI（1）特征:1.5.1电源有载工作①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–RoIUI=EI–RoI²P=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。IR0REUI（2）电源与负载的判别根据U、I的实际方向判别电源：U、I实际方向相反，即电流从U“+”端流出，（发出功率）；负载：U、I实际方向相同，即电流从U“+”端流入，（吸收功率）。RU+_IIE+_U+_例1：已知：方框代表电源或负载，U=220V，I=-1A试问：哪些方框是电源，哪些是负载？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)电流从“+”流出，故为电源；(b)电流从“+”流入，故为负载；(c)电流从“+”流入，故为负载；(d)电流从“+”流出，故为电源。例2：已知：U1=9V，I=-1A，R=3Ω求：元件1、2分别是电源还是负载，并验证电路功率是否平衡？解：I1RU1U22因为U2=-RI+U1=12V所以电流从元件1的“+”流入，从元件2的“+”流出，故元件1为负载，元件2为电源。电源产生功率：P2=︱U2I︱=12W负载取用功率：P1+PR=︱U1I︱+RI2=9+3=12W因为P2=P1+PR，所以电路的功率平衡。（3）电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值（4）电气设备的三种运行状态欠载（轻载）：IIN，PPN(不经济)过载（超载）：IIN，PPN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)①额定值反映电气设备的使用安全性；②额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V，PN=60W电阻：RN=100，PN=1W特征:开关断开1.5.2电源开路I=0电源端电压(开路电压)负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；I=02.开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoREU0电源外部端子被短接1.5.3电源短路特征:0SREII电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U=0PE=P=I²R0P=01.短路处的电压等于零；U=02.短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IR0REU02.1电阻串并联联接的等效变换2.1.1电阻的串联特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；两电阻串联时的分压公式：URRRU2111URRRU2122R=R1+R23)等效电阻等于各电阻之和；4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。R1U1UR2U2I+–++––RUI+–2)各电阻中通过同一电流；应用：降压、限流、调节电压等。2.1.2电阻的并联两电阻并联时的分流公式：IRRRI2121IRRRI211221111RRR(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；RUI+–I1I2R1UR2I+–(2)各电阻两端的电压相同；应用：分流、调节电流等。2.3电源的两种模型及其等效变换2.3.1电压源电压源模型由上图电路可得:U=E–R0I若R0=0理想电压源:UEU0=E电压源的外特性IUIRLR0+-EU+–电压源是由电动势E和内阻R0串联的电源的电路模型。OSREI若R0RL，UE，可近似认为是理想电压源。理想电压源O电压源理想电压源（恒压源）例1：(2)输出电压是一定值，恒等于电动势，（对直流电压，有UE。）与恒压源并联的电路电压恒定；(3)恒压源中的电流由外电路决定。特点:(1)内阻R0=0；IE+_U+_设E=10V，接上RL后，恒压源对外输出电流。RL当RL=1时，U=10V，I=10A当RL=10时，U=10V，I=1A外特性曲线IUEO电压恒定，电流随负载变化2.3.2电流源IIRUS0IRLU0=ISR0电流源的外特性IU理想电流源OIS电流源是由电流IS和内阻R0并联的电源的电路模型。由U=E–R0I可得:若R0=理想电流源:IIS若R0RL，IIS，可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS+－0SREI其中IRUIS0即理想电流源（恒流源)例2：(2)输出电流是一定值，恒等于电流IS，与恒流源串联的电路电流恒定；(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。特点:(1)内阻R0=；设IS=10A，接上RL后，恒流源对外输出电压。RL当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V外特性曲线IUISOIISU+_电流恒定，电